Cosmos
IX. Las vidas de las estrellas
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Las supernovas se observan actualmente de modo rutinario en otras galaxias. Entre mis candidatas para escoger la frase que asombraría más profundamente a un astrónomo de principios de siglo tengo la siguiente sacada de un artículo de David Helfand y Knox Long en el número del 5 de diciembre de 1979 de la revista británica Nature: El 5 de marzo de 1979, nueve naves espaciales interplanetarias de la red de sensores de estallidos registraron un estallido muy intenso de rayos X y rayos gamma y lo localizaron mediante determinaciones del tiempo de vuelo en una posición coincidente con el resto de supernova N49 de la Gran Nube de Magallanes. (La Gran Nube de Magallanes, llamada así porque el primer habitante del hemisferio Norte que se dio cuenta de ella fue Magallanes, es una pequeña galaxia satélite de la Vía Láctea, a 180.000 años luz de distancia. Como puede suponerse hay también una Pequeña Nube de Magallanes). Sin embargo, en el mismo número de Nature, E. P. Mazets y sus colegas del Instituto Ioffe, de Leningrado, que observaron esta fuente con el detector de estallidos de rayos gamma a bordo de las naves espaciales Venera 11 y 12 en camino para aterrizar en Venus, afirman que lo que se está observando es un púlsar eruptivo a sólo unos centenares de años luz de distancia. A pesar de ser la posición tan coincidente, Helfand y Long no insisten en que el estallido de rayos gamma esté asociado con los restos de la supernova. Consideran caritativamente muchas alternativas, incluyendo la posibilidad sorprendente de que la fuente esté situada dentro del sistema solar. Quizás sea el escape de una nave estelar extraterrestre que emprende su largo viaje de regreso.
Pero una hipótesis más simple es una llamarada de los fuegos estelares de N49: estamos seguros de que las supernovas existen.
El destino del sistema solar interior cuando el Sol se convierta en una gigante roja ya es bastante triste. Pero, por lo menos, los planetas no quedarán derretidos y arrugados por la acción de una supernova en erupción. Este destino está reservado a planetas situados cerca de estrellas de mayor masa que el Sol. Puesto que estas estrellas con temperaturas y presiones superiores gastan más rápidamente sus reservas de combustible nuclear, sus tiempos de vida son mucho más breves que el Sol. Una estrella de masa diez veces superior a la del Sol puede convertir establemente hidrógeno en helio durante sólo unos cuantos millones de años antes de pasar brevemente a reacciones nucleares más exóticas. Por lo tanto es casi seguro que no se dispone de tiempo suficiente para que evolucionen formas avanzadas de vida en cualquiera de los planetas acompañantes; y sería raro que seres de otros mundos puedan llegar a conocer que su estrella se convertirá en una supernova: si viven el tiempo suficiente para comprender a las supernovas es improbable que su estrella llegue a serlo nunca.
La fase previa esencial para una explosión de supernova es la generación de un núcleo de hierro de gran masa por fusión de silicio. Los electrones libres del interior estelar, sometidos a una presión enorme, se ven obligados a fundirse con los protones de los núcleos de hierro cancelándose entonces las cargas eléctricas iguales y opuestas; el interior de la estrella se convierte en un único y gigantesco núcleo atómico que ocupa un volumen mucho menor que los electrones y núcleos de hierro que lo precedieron. El núcleo sufre una violenta implosión, el exterior rebota y se produce una explosión de supernova. Una supernova puede ser más brillante que el resplandor combinado de todas las demás estrellas de la galaxia en la cual está metida. Todas estas estrellas supergigantes azules y blancas que han salido apenas del cascarón en Orión están destinadas dentro de unos cuantos millones de años a convertirse en supernovas y a formar un castillo continuado de fuegos artificiales cósmicos en la constelación del cazador.
La terrible explosión de una supernova proyecta al espacio la mayor parte de la materia de la estrella precursora: un poco de hidrógeno residual y helio y cantidades importantes de otros átomos, carbono y silicio, hierro y aluminio. Queda un núcleo de neutrones calientes, sujetos entre sí por fuerzas nucleares, formando un único núcleo atómico de gran masa con un peso atómico aproximado de 1056, es decir un sol de unos treinta kilómetros de diámetro; un fragmento estelar diminuto, encogido, denso y marchito, una estrella de neutrones en rotación rápida. A medida que el núcleo de una gigante roja de gran masa entra en colapso para formar así una estrella de neutrones, va girando más rápidamente. La estrella de neutrones en el centro de la Nebulosa Cangrejo es un núcleo atómico inmenso, del tamaño de Manhattan, que gira treinta veces por segundo. Su poderoso campo magnético, amplificado durante el colapso, atrapa las partículas cargadas de modo parecido al campo magnético mucho más débil de Júpiter. Los electrones en el campo magnético en rotación emiten una radiación en forma de haz no sólo en las frecuencias de radio, sino también en luz visible. Si la Tierra está situada casualmente en la dirección del haz de este faro cósmico, vemos un destello en cada rotación. Por este motivo se denomina púlsar a la estrella. Los púlsars, parpadeando y haciendo tic tac como un metrónomo cósmico, marcan el tiempo mucho mejor que un reloj ordinario de gran precisión. El cronometraje a largo plazo de los destellos de radio de algunas púlsar, por ejemplo de una llamada PSR 0329 + 54 sugiere que estos objetos pueden tener uno o más compañeros planetarios pequeños. Quizás sea concebible que un planeta sobreviva la evolución de una estrella convertida al final en púlsar, o quizás el planeta fue capturado más tarde. Me pregunto qué aspecto tendrá el cielo desde la superficie de un planeta así.
La materia de una estrella de neutrones pesa, si tomamos de ella una cucharadita de té, más o menos lo mismo que una montaña corriente: pesa tanto que si sujetáramos un trozo de esta materia y luego lo soltáramos (no nos quedaría otra alternativa), podría pasar sin esfuerzo a través de la Tierra como hace una piedra que cae por el aire, se abriría por sí solo un agujero a través de nuestro planeta y emergería por el otro lado de la Tierra. Los habitantes de aquel lado, que estarían dando un paseo u ocupándose de sus cosas, verían salir disparado del suelo un pequeño fragmento de estrella de neutrones que se pararía a una cierta altura y volvería de nuevo al fondo de la Tierra, ofreciendo así, por lo menos, algo de diversión a su rutina diaria. Si cayera del espacio cercano un trozo de materia de estrella de neutrones y la Tierra estuviera girando debajo suyo, penetraría repetidamente a través de ella y perforaría centenares de miles de agujeros en su cuerpo en rotación antes de que detuviera su movimiento la fricción con el interior de nuestro planeta. Antes de pararse definitivamente en el centro de la Tierra, el interior de nuestro planeta presentaría brevemente el aspecto de un queso suizo, hasta que el flujo subterráneo de roca y de metal curase las heridas. No importa que se desconozcan en la Tierra fragmentos grandes de materia de estrellas de neutrones, porque los fragmentos más pequeños están en todas partes. El poder asombroso de la estrella de neutrones nos acecha en el núcleo de cada átomo, oculto en cada cucharilla de té y en cada lirón, en cada hálito del aire, en cada tarta de manzana. La estrella de neutrones nos infunde respeto hacia las cosas corrientes.
Una estrella como el Sol finalizará sus días como una gigante roja y luego como una enana blanca, tal como hemos visto. Una estrella en proceso de colapso con masa doble a la del Sol se convertirá en una supernova y luego en una estrella de neutrones. Pero una estrella de masa superior, que después de pasar por la fase de supernova quede con la masa, por ejemplo de cinco soles, tiene ante sí un destino todavía más notable: su gravedad la convertirá en un agujero negro. Supongamos que dispusiéramos de una máquina mágica de gravedad, un aparato que nos permitiera controlar la gravedad de la Tierra, girando por ejemplo una aguja. Al principio la aguja está en 1g[63] y todo se comporta como estamos acostumbrados a ver. Los animales y las plantas de la Tierra y las estructuras de nuestros edificios han evolucionado o se han diseñado para 1g. Si la gravedad fuera mucho menor podría haber formas altas y delgadas que no caerían ni quedarían aplastadas por su propio peso. Si la gravedad fuese muy superior, las plantas, los animales y la arquitectura tendrían que ser bajos y rechonchos para no sufrir el colapso gravitatorio. Pero incluso en un campo de gravedad de bastante intensidad la luz se desplazaría en línea recta, como hace desde luego en la vida corriente.
Consideremos un posible grupo típico de seres terrestres. Cuando disminuimos la gravedad, las cosas pesan menos. Cerca de 0 g el movimiento más ligero proyecta a nuestros amigos por los aires flotando y dando tumbos. El té vertido fuera de la taza, o cualquier otro líquido, forma glóbulos esféricos palpitantes en el aire: la tensión superficial del líquido supera a la gravedad. Hay por todas partes bolas de té. Si marcamos de nuevo en el aparato 1 g provocamos una lluvia de té. Cuando aumentamos algo la gravedad, de 1 g a 3 o 4 g, por ejemplo, todos quedan inmovilizados: se requiere un esfuerzo enorme incluso para mover una pierna. Sacamos por compasión a nuestros amigos del dominio de la máquina de la gravedad antes de poner la aguja en gravedades más altas todavía. El haz de luz de una linterna sigue una línea perfectamente recta (según la precisión de nuestras observaciones) cuando la gravedad es de unos cuantos g, al igual que a 0 g a 1000 g el haz es todavía recto, pero los árboles han quedado aplastados y aplanados; a 100.000 g las rocas se aplastan por su propio peso. Al final no queda ningún superviviente excepto el gato de Cheshire, por una dispensa especial. Cuando la gravedad se acerca a mil millones de g sucede algo todavía más extraño. El haz de luz que hasta ahora subía directo hacia el cielo empieza a curvarse. Incluso la luz queda afectada por intensas aceleraciones gravitatorias. Si aumentamos todavía más la gravedad, la luz no puede levantarse y cae al suelo cerca de nosotros. Ahora el gato cósmico de Cheshire ha desaparecido, sólo queda su sonrisa gravitatoria.
Cuando la gravedad es lo bastante elevada no deja escapar nada, ni siquiera la luz. Un lugar así recibe el nombre de agujero negro. Es una especie de gato cósmico de Cheshire enigmáticamente indiferente a lo que le rodea. Cuando la densidad y la gravedad alcanzan un valor suficientemente elevado el agujero negro parpadea y desaparece de nuestro universo. Por esto se llama agujero negro: no puede escapar luz alguna de él. Es posible que en su interior, con tanta luz atrapada, las cosas presenten una atractiva iluminación. Aunque un agujero negro sea invisible desde el exterior, su presencia gravitatoria puede ser palpable. Si no vamos con cuidado, en un viaje interestelar podemos ser arrastrados de modo irrevocable y nuestros cuerpos quedar estirados desagradablemente formando un hilo largo y delgado. Pero la materia que se iría concentrando en forma de disco alrededor del agujero negro nos ofrecería un espectáculo digno de recordar, en el caso improbable de que sobreviviéramos a la excursión.
Las reacciones termonucleares en el interior solar sostienen las capas exteriores del Sol y aplazan durante miles de millones de años un colapso gravitatorio catastrófico. En el caso de las enanas blancas la presión de los electrones arrancados de sus núcleos sostiene la estrella. En el caso de las estrellas de neutrones la presión de los neutrones compensa la gravedad. Pero en el caso de una estrella anciana que ha sobrevivido a las explosiones de supernova y a otras impetuosidades y cuya masa es varias veces superior a la del Sol, no hay fuerzas conocidas que puedan impedir el colapso. La estrella se encoge increíblemente, gira, enrojece y desaparece. Una estrella con una masa veinte veces superior a la del Sol se encogerá hasta tener el tamaño del Gran Los Ángeles; la aplastante gravedad llega a ser de 1010 g, y la estrella se desliza por una fisura que ella misma ha creado en el continuo del espacio tiempo y desaparece de nuestro universo.
Fotografía del cielo en rayos X, con la fuente brillante Cygnus X-1 (en el centro), probablemente un agujero negro.(NASA/CXC).
Los agujeros negros fueron imaginados por primera vez por el astrónomo inglés John Michell en 1783. Pero la idea parecía tan extravagante que se ignoró de modo general hasta hace muy poco, cuando ante el asombro de muchos, incluyendo a muchos astrónomos, se descubrieron pruebas concretas de la existencia de agujeros negros en el espacio. La atmósfera de la Tierra es opaca a los rayos X. Para poder determinar si los objetos astronómicos emiten luz de una longitud de onda tan corta hay que transportar el telescopio de rayos X sobre la atmósfera. El primer observatorio de rayos X fue un admirable esfuerzo internacional, orbitado por los Estados Unidos a partir de una plataforma italiana de lanzamiento en el océano índico, ante la costa de Kenya, y bautizado con el nombre de Uhuru, palabra swahili que significa libertad. En 1971 Uhuru descubrió una fuente notable de rayos X en la constelación del Cisne, que se apagaba y se encendía miles de veces por segundo. La fuente, llamada Cygnus X 1 tiene que ser por lo tanto muy pequeña. Sea cual fuere la razón del parpadeo, la información necesaria para encender y apagar la fuente no puede cruzar Cyg X 1 a velocidad superior a la de la luz, 300.000 km./seg. Por lo tanto Cyg X 1 no puede ser mayor que [300.000 km./seg] x [(1/1000)seg] = 300 kilómetros de diámetro. Un objeto del tamaño de un asteroide es una fuente brillante y parpadeante de rayos X visible a distancias interestelares. ¿Qué objeto podría ser este? Cyg X 1 está en el mismo punto preciso del espacio que una estrella supergigante azul y caliente, que en luz visible demuestra poseer una compañera cercana pero invisible, de gran masa, que la atrae gravitatoriamente primero en una dirección y luego en otra. La masa de la compañera es unas diez veces la del Sol. La supergigante es una fuente improbable de rayos X, y resulta tentador identificar a la compañera deducida gracias a la luz visible como la fuente detectada de rayos X. Pero un objeto invisible que pese diez veces más que el Sol y cuyo volumen se haya reducido por colapso al de un asteroide sólo puede ser un agujero negro. Es probable que los rayos X se generen por fricción en el disco de gas y de polvo acumulado por acreción alrededor de Cyg X 1 y procedente de su compañera supergigante. Otras estrellas llamadas V861 Scorpii, GX 339 4, SS433 y Circinus X 2 son también candidatas para agujeros negros. Cassiopeia A es el resto de una supernova cuya luz tuvo que haber llegado a la Tierra en el siglo diecisiete, cuando había aquí un número considerable de astrónomos. Sin embargo, nadie informó de la explosión. Quizás, como sugiere I. S. Shklovskii, hay allí oculto un agujero negro que se comió el núcleo estelar en explosión y amortiguó los fuegos de la supernova. Los telescopios en el espacio son los medios idóneos para comprobar todos estos cabos y fragmentos de datos que pueden ser la pista, el rastro del legendario agujero negro.
Representación esquemática de la distorsión de un espacio plano por un objeto de gran masa.
Un buen sistema para comprender los agujeros negros es pensar en la curvatura del espacio. Consideremos una superficie bidimensional plana, flexible y con líneas, como un trozo de papel de grafo hecho de caucho. Si soltamos encima una pequeña masa, la superficie se deforma formando un hoyo. Una canica gira alrededor del hoyo en una órbita semejante a la de un planeta alrededor del Sol. En esta interpretación, que debemos a Einstein, la gravedad es una distorsión en el tejido del espacio. Vemos en nuestro ejemplo que un espacio bidimensional ha quedado deformado por una masa dando una tercera dimensión física. Imaginemos que vivimos en un universo tridimensional deformado localmente por materia que lo convierte en una cuarta dimensión física que no podemos percibir directamente. Cuanto mayor sea la masa local, más intensa será la gravedad local y más hondo el hoyo, la distorsión o deformación del espacio. El agujero negro es en esta analogía una especie de pozo sin fondo. ¿Qué le sucede a una persona que cae en él? Vista desde el exterior se necesitaría una cantidad infinita de tiempo para caer dentro, porque todos los relojes de esta persona mecánicos y biológicos se percibirían como relojes parados. Pero desde el punto de vista de esta persona, todos los relojes continuarían funcionando normalmente. Si pudiese sobrevivir a las mareas gravitatorias y al flujo de radiación, y si el agujero negro estuviera en rotación (una hipótesis probable) es muy posible que esta persona pudiera emerger en otra parte del espacio tiempo: en algún otro lugar del espacio y en algún otro momento del tiempo. Se ha sugerido seriamente la existencia de estas galerías en el espacio, como las que hace un gusano en una manzana, aunque no se ha demostrado en absoluto que existan. ¿Es posible que los túneles de gravedad proporcionen una especie de metro interestelar o intergaláctico que nos permita desplazarnos a lugares inaccesibles mucho más rápidamente que del modo normal? ¿Pueden servir de máquinas del tiempo estos agujeros negros, transportándonos al pasado remoto o al futuro distante? El hecho de estar discutiendo estas ideas aunque sea de modo semiserio demuestra lo surrealista que puede ser el mundo.
Somos hijos del Cosmos en el sentido más profundo de la palabra. Pensemos en el calor del Sol que sentimos sobre el rostro en un día despejado de verano; pensemos en lo peligroso que es mirar directamente al Sol: reconocemos su poder desde 150 millones de Kilómetros de distancia. ¿Qué sentiríamos en su abrasadora superficie autoluminosa o sumergidos en el corazón de sus fuegos nucleares? El Sol nos calienta y nos alimenta y nos permite ver. Fecundó la Tierra. Tiene un poder que supera la experiencia humana. Los pájaros saludan la salida del Sol con un éxtasis audible. Incluso algunos organismos unicelulares saben la manera de nadar hacia la luz. Nuestros antepasados adoraron el Sol, y no eran tontos, ni mucho menos. Y sin embargo el Sol es una estrella ordinaria, incluso mediocre. Si tenemos que adorar a un poder superior a nosotros, ¿no tiene sentido reverenciar el Sol y las estrellas? Oculto dentro de toda investigación astronómica, a veces enterrado tan profundamente que el mismo investigador no se da cuenta de su presencia, hay siempre una especie de temor reverencial.
La Galaxia es un continente inexplorado lleno de seres exóticos de dimensiones estelares. Hemos llevado a cabo un reconocimiento preliminar y hemos encontrado a algunos de sus habitantes. Unos cuantos se parecen a seres que ya conocemos. Otros son de una rareza que supera nuestras más desenfrenadas fantasías. Pero nuestra exploración apenas ha empezado. Los antiguos viajes de exploración sugieren que muchos de los habitantes más interesantes del continente galáctico continúan siendo por ahora desconocidos e imposibles de imaginar. No muy lejos de la Galaxia hay, de modo casi seguro, planetas situados en órbita alrededor de estrellas de las Nubes de Magallanes y de los cúmulos globulares que rodean la Vía Láctea. Estos mundos proporcionarían un panorama imponente de la Galaxia amaneciendo: una forma enorme en espiral con 400.000 millones de habitantes estelares, con nubes de gas en proceso de colapso, con sistemas planetarios condensándose, con supergigantes luminosas, con estrellas estables de media edad, con gigantes rojas, con enanas blancas, nebulosas planetarias, novas, supernovas, estrellas de neutrones y agujeros negros. Desde este mundo quedaría bien claro, como ya empieza a serlo para nosotros, que nuestra materia, nuestra forma y gran parte de nuestro carácter está determinado por la profunda relación existente entre la vida y el Cosmos.
La Danza de la Creación. El dios hindú Shiva en su manifestación como Señor de la Danza, baila la Danza de la Creación. La aureola de fuego (el prabhamandala) de este bronce Chola del siglo décimo representa el ritmo del universo y emana de un pedestal de loto, símbolo hindú de la iluminación. Shiva danza sobre la forma postrada del apasma-rapurusa, símbolo de la ignorancia humana. La mano derecha posterior lleva el damaru, un pequeño tambor que simboliza la creación. La mano izquierda posterior tiene el agni, el fuego de la destrucción. La mano izquierda anterior está en la posición gajahasta («tronco de elefante»). La mano derecha anterior se sostiene en el gesto abhaya-mundra (literalmente, «no te asustes»). (Cedida por el museo Norton Simon, Pasadena, California. El bronce se devolverá a la India).